KR102411033B1 - IPS bias-compensated noise reduction systems and methods - Google Patents

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Abstract

다양한 이미지 신호 프로세서 (ISP) 들 또는 ISP 컴포넌트들로부터 도입된 바이어스를 감소시키면서 노이즈를 효과적으로 감소시키기 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. ISP 바이어스들은 특히 공간 노이즈 필터링, 높은 동적 범위 (HDR) 보간 및 디모자이킹으로부터의 바이어스들을 포함한다. 구체적으로, 본 개시의 방법들 및 시스템들은 공간 노이즈 필터, 디베이버 유닛 또는 다른 ISP 컴포넌트들로부터의 바이어스를 효과적으로 감소시키기 위해 픽셀들의 블록들 또는 다중 입력 프레임들의 콘벡스 결합을 채용함으로써 개선된 시공간 노이즈 감소 솔루션들을 제공한다.Systems and methods are provided for effectively reducing noise while reducing bias introduced from various image signal processors (ISPs) or ISP components. ISP biases include biases from spatial noise filtering, high dynamic range (HDR) interpolation and demosaicing, among others. Specifically, the methods and systems of the present disclosure provide improved spatiotemporal noise by employing convex combining of multiple input frames or blocks of pixels to effectively reduce bias from a spatial noise filter, debaber unit or other ISP components. reduction solutions.

Description

ISP 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템들 및 방법들IPS bias-compensated noise reduction systems and methods

본 개시는 일반적으로 이미지 신호 프로세싱에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 노이즈를 효과적으로 감소시키면서 이미지 신호 프로세서들 (image signal processors; ISP들) 또는 ISP 컴포넌트들에 의해 도입된 바이어스를 보상하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 공간 노이즈 감소 필터들, HDR 보간 유닛들 및 디모자이킹 (demosaicking) 유닛들을 포함하는 다양한 ISP들 또는 ISP 컴포넌트들로부터 도입된 바이어스를 감소시키면서 노이즈를 효과적으로 감소시킴으로써 고 충실도 이미지들 및 비디오들을 생성하기 위한 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템들 및 방법들이 제공된다.BACKGROUND This disclosure relates generally to image signal processing. Specifically, the present disclosure relates to apparatus and methods for compensating for bias introduced by image signal processors (ISPs) or ISP components while effectively reducing noise. More specifically, high fidelity images and video by effectively reducing noise while reducing bias introduced from various ISPs or ISP components, including spatial noise reduction filters, HDR interpolation units and demosaicking units. Bias-compensated noise reduction systems and methods for generating

픽셀의 사이즈와 함께 카메라들 및 센서들이 계속 감소하는 한편 디지털 프로세싱 파워의 가용성이 개선됨에 따라 노이즈 감소는 이미지 및 비디오 캡처 시스템들의 중요한 양태가 되고 있다. 일반적으로, 비디오 노이즈 감소는 대략 공간 노이즈 필터들과 시간 노이즈 필터들로 나눠질 수 있다. 공간 필터들은 각각의 출력 픽셀을 생성하기 위해 각각의 비디오 프레임에서 이웃하는 픽셀들을 사용하는 것으로 알려져 있다. 시간 필터들은 각각의 출력 픽셀을 생성하기 위해 프레임들 사이의 연속 픽셀들을 사용하는 것으로 알려져 있다. 우수한 결과를 내기 위해 공간 및 시간 노이즈 감소 필터들이 동시에 사용될 수 있다.Noise reduction is becoming an important aspect of image and video capture systems as cameras and sensors continue to decrease along with the size of pixels while the availability of digital processing power improves. In general, video noise reduction can be roughly divided into spatial noise filters and temporal noise filters. Spatial filters are known to use neighboring pixels in each video frame to produce each output pixel. Temporal filters are known to use successive pixels between frames to produce each output pixel. Spatial and temporal noise reduction filters can be used simultaneously for good results.

공간 노이즈 감소는 스틸 (still) 이미지들에 대해 효과적일 수 있지만, 대부분의 기존 공간 노이즈 감소 필터들은, 최종 결과에서, 링잉 (ringing) 또는 블록크니스 (blockiness) 와 같은 아티팩트 (artifact) 들, 또는 스무딩 (smoothing) 텍스처 및 미세 구조와 같은 일부 형태의 바이어스를 초래한다. 비디오에 적용될 때, 공간 노이즈 감소는 단일 프레임으로부터 가시적이지 않은 프레임들 사이에서 가시적인 잔차 시간 변동들을 발생할 수 있다.Spatial noise reduction can be effective for still images, but most existing spatial noise reduction filters, in the final result, have artifacts such as ringing or blockiness, or This results in some form of bias, such as smoothing textures and microstructures. When applied to video, spatial noise reduction can generate visible residual temporal variations between frames that are not visible from a single frame.

가장 일반적인 형태들 중 하나에서의 시간 노이즈 감소는 입력 프레임들의 정적 (stationary) 부분들에서 픽셀들을 평균화하거나 다른 방식으로 결합하는 것을 포함한다. 시간 필터가 천천히 수렴할 때, 즉 픽셀들을 결합하는데 사용가능한 프레임들이 거의 없을 때, 결과의 이미지들 또는 비디오들은 노이즈 흔적들을 생성한다. 그리고 입력 프레임들의 변화하는 부분들이 정적인 것으로 잘못 분류되는 경우 고스트 아티팩트들이 발생할 수도 있다.Temporal noise reduction in one of the most common forms involves averaging or otherwise combining pixels in stationary portions of input frames. When the temporal filter converges slowly, i.e., when there are few frames available to combine pixels, the resulting images or videos create noise traces. In addition, ghost artifacts may occur when changing portions of input frames are incorrectly classified as static.

공간 노이즈 필터가 시간 노이즈 필터와 함께 사용될 때, 이들은 종종 3-D 노이즈 감소 필터들 또는 시공간 노이즈 감소 필터들로서 공동으로 지칭된다. 하지만, 기존의 시공간 필터의 형태들은, 그의 컴포넌트 공간 노이즈 필터 또는 그의 컴포넌트 시간 노이즈 필터로부터 일부 유사한 문제들을 제시한다. 예를 들어, 공간 필터링이 먼저 적용될 때, 이러한 시공간 필터는 텍스처 및 세부사항들의 스무딩을 포함한 소정의 바이어스를 초래한다. 하지만 시간 필터가 먼저 적용되는 경우, 모션 검출 또는 추정은 노이즈로 인해 효과적이지 않다. 재귀적 시간 필터의 수렴은 또한 느릴 수 있다. 다른 한편으로, 공간 및 시간 필터링의 스위칭이 구현되는 경우, 모션 검출은 노이즈로 인해 효과적이지 않고 재귀적 시간 필터의 수렴은 느리게 유지된다. 더욱이, 이러한 공간 및 시간 필터링 시스템들의 스위칭에서, 시간 필터링이 효과적이지 않은 경우 시간 필터링으로부터의 바이어스는 비정적 영역들에서 지속하게 된다.When a spatial noise filter is used in conjunction with a temporal noise filter, they are often referred to collectively as 3-D noise reduction filters or spatiotemporal noise reduction filters. However, existing forms of spatiotemporal filters present some similar problems from their component spatial noise filter or its component temporal noise filter. For example, when spatial filtering is applied first, this spatiotemporal filter introduces certain biases including smoothing of textures and details. However, if the temporal filter is applied first, motion detection or estimation is not effective due to noise. Convergence of the recursive temporal filter can also be slow. On the other hand, when switching of spatial and temporal filtering is implemented, motion detection is not effective due to noise and convergence of the recursive temporal filter remains slow. Moreover, in switching of these spatial and temporal filtering systems, the bias from temporal filtering persists in non-static regions if temporal filtering is not effective.

따라서, 기존 시스템들에서 명백한 바와 같이, 공간 노이즈 필터와 같은 전형적인 ISP 컴포넌트는 결과의 이미지들 및 비디오들에 바이어스를 도입할 수도 있고, 이에 의해 ISP들에 의해 전력공급되는 카메라 또는 비디오 통신 시스템의 전체 충실도를 약화시킨다. ISP 가 결과의 이미지들 및 비디오들에 바이어스를 도입하는 또 다른 예가 디모자이킹 유닛 또는 디베이어 (debayer) 유닛이며, 이는 출력 프레임들에서 스무딩, 지퍼링 아티팩트들 또는 잘못된 컬러들을 야기할 수도 있다. 부가 예들은 자신의 바이어스를 도입하는 인터리빙된 (interleaved) 장기 및 단기 노출 픽셀들에 대한 HDR (높은 동적 범위) 보간을 포함한다.Thus, as is evident in existing systems, a typical ISP component, such as a spatial noise filter, may introduce bias in the resulting images and videos, thereby resulting in the overall camera or video communication system powered by the ISPs. weakens fidelity. Another example where an ISP introduces a bias into the resulting images and videos is a demosaicing unit or debayer unit, which may cause smoothing, zipping artifacts or incorrect colors in output frames. Additional examples include HDR (High Dynamic Range) interpolation for interleaved long and short exposure pixels that introduce their own bias.

결과적으로, 카메라 및 비디오 통신 시스템들에서 ISP 에 의해 도입된 바이어스를 감소시키거나 보상하고, 고 충실도 이미지들 및 비디오들을 생성하기 위해 개선된 방법들 및 시스템들에 대한 필요성이 존재한다.Consequently, a need exists for improved methods and systems to reduce or compensate for bias introduced by an ISP in camera and video communication systems and to produce high fidelity images and videos.

다양한 실시형태들의 개요Overview of various embodiments

따라서, 본 개시의 목적은 ISP들에 의해 도입된 바이어스를 감소시키면서 노이즈를 효과적으로 감소시킴으로써, 고 충실도 이미지들 및 비디오들을 생성하기 위한 방법들 및 시스템들을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present disclosure to provide methods and systems for generating high fidelity images and videos by effectively reducing noise while reducing the bias introduced by ISPs.

특히, 본 개시에 따르면, 일 실시형태에서, 원시 (raw) 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 시공간 노이즈 감소 시스템이 제공된다. 시스템은 각각의 원시 비디오 프레임에서 이웃하는 픽셀들에 기초하여 각각의 픽셀을 출력하도록 적응된 공간 노이즈 감소 필터를 포함하는 이미지 신호 프로세서; 이미지 신호 프로세서의 출력 및 이전 출력 프레임을 수신함으로써 각각의 픽셀에서 임의의 신호 변화들을 검출하도록 적응된 신호 변화 검출기; 2 개 보다 많은 입력 프레임들을 수신하고 이로부터 결합 출력 프레임을 생성하도록 적응된 신호 결합기를 포함한다. 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함한다.In particular, in accordance with the present disclosure, in one embodiment, a spatiotemporal noise reduction system for compensating for bias from image signal processing of raw video signals is provided. The system comprises: an image signal processor comprising a spatial noise reduction filter adapted to output each pixel based on neighboring pixels in each raw video frame; a signal change detector adapted to detect any signal changes in each pixel by receiving an output of the image signal processor and a previous output frame; and a signal combiner adapted to receive more than two input frames and generate a combined output frame therefrom. More than two input frames include a raw signal frame, an output from an image signal processor, and a previous output frame.

다른 실시형태에서, 신호 결합기는 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합을 출력하도록 적응된다. 또 다른 실시형태에서, 신호 결합기는 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 (convex) 결합을 출력하도록 적응된다.In another embodiment, the signal combiner is adapted to output a linear combination of more than two input frames. In another embodiment, the signal combiner is adapted to output a convex combination of more than two input frames.

추가 실시형태에서, 시스템은 신호 변화 검출기로부터 수신된 임의의 신호 변화들의 검출에 기초하여 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자를 업데이트함으로써 현재 신뢰도 표시자를 결정하도록 적응된 신뢰도 업데이터를 더 포함한다. 콘벡스 결합 가중치는 현재 신뢰도 표시자에 기초하여 콘벡스 결합의 각각의 입력에 대해 계산된다.In a further embodiment, the system further comprises a confidence updater adapted to determine the current confidence indicator by updating the previous confidence indicator for a previous output frame based on detection of any signal changes received from the signal change detector. A convex join weight is computed for each input of the convex join based on the current confidence indicator.

또 다른 실시형태에서, 이전 신뢰도 표시자는 원시 비디오 신호들로부터의 제 1 출력 프레임에 대해 0 으로 할당된다.In another embodiment, the previous confidence indicator is assigned 0 for the first output frame from the raw video signals.

또 다른 실시형태에 따르면, 시스템은 이전 출력 프레임 및 이미지 신호 프로세서로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시키도록 구성된 모션 보상기를 더 포함한다. 신호 결합기의 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 모션 보상기로부터의 출력을 포함한다.According to another embodiment, the system further comprises a motion compensator configured to reduce motion based on a previous output frame and an output from the image signal processor. The more than two input frames of the signal combiner include a raw signal frame, an output from the image signal processor, and an output from a motion compensator.

추가 실시형태에서, 원시 비디오 신호들은 공간적으로 인터리빙된 장기 및 단기 노출 시간 픽셀들을 갖는 노출 모자이크를 포함한다. 이미지 신호 프로세서는 공간 HDR 보간 유닛 및 디모자이킹 유닛을 더 포함한다. 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 공간 HDR 보간 유닛으로부터의 출력, 디모자이킹 유닛으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함한다.In a further embodiment, the raw video signals comprise an exposure mosaic with spatially interleaved long and short exposure time pixels. The image signal processor further includes a spatial HDR interpolation unit and a demosaicing unit. More than two input frames include a raw signal frame, an output from a spatial HDR interpolation unit, an output from a demosaicing unit, and a previous output frame.

다른 실시형태에서, 원시 비디오 신호들은 공간적으로 인터리빙된 상이한 컬러 픽셀을 갖는 컬러 모자이크를 포함한다. 이미지 신호 프로세서는 디모자이킹 유닛을 더 포함한다. 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 디모자이킹 유닛으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함한다.In another embodiment, the raw video signals comprise a color mosaic having different color pixels spatially interleaved. The image signal processor further includes a demosaicing unit. More than two input frames include a raw signal frame, an output from a demosaicing unit, and a previous output frame.

다른 실시형태에 따르면, 원시 비디오 신호들은 디모자이킹된 프레임들을 포함한다.According to another embodiment, the raw video signals include demosaiced frames.

또 다른 실시형태에서, 원시 비디오 신호들은 공간 노이즈 감소 필터에 의해 프로세싱되지 않고 디모자이킹되지 않은 프레임들을 포함하고, 이미지 신호 프로세서는 디모자킹 유닛을 더 포함한다. 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 디모자이킹 유닛으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함한다.In another embodiment, the raw video signals include frames that have not been processed by the spatial noise reduction filter and that have not been demosaiced, and the image signal processor further comprises a demosaicing unit. More than two input frames include a raw signal frame, an output from a demosaicing unit, and a previous output frame.

추가 실시형태에서, 신호 결합기는 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합을 출력하도록 적응된다.In a further embodiment, the signal combiner is adapted to output a linear combination of more than two input frames.

다른 실시형태에서, 신호 결합기는 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 결합을 출력하도록 적응된다.In another embodiment, the signal combiner is adapted to output a convex combination of more than two input frames.

또 다른 실시형태에서, 시스템은 상기 신호 변화 검출기로부터 수신된 임의의 신호 변화들의 검출에 기초하여 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자를 업데이트함으로써 현재 신뢰도 표시자를 결정하도록 적응된 신뢰도 업데이터를 더 포함한다. 콘벡스 결합 가중치는 현재 신뢰도 표시자에 기초하여 콘벡스 결합의 각각의 입력에 대해 계산된다.In yet another embodiment, the system further comprises a confidence updater adapted to determine a current confidence indicator by updating a previous confidence indicator for a previous output frame based on detection of any signal changes received from the signal change detector. A convex join weight is computed for each input of the convex join based on the current confidence indicator.

추가 실시형태에서, 시스템은 이전 출력 프레임 및 이미지 신호 프로세서로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시키도록 적응된 모션 보상기를 더 포함한다. 신호 결합기의 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 모션 보상기로부터의 출력을 포함한다.In a further embodiment, the system further comprises a motion compensator adapted to reduce motion based on a previous output frame and an output from the image signal processor. The more than two input frames of the signal combiner include a raw signal frame, an output from an image signal processor, and an output from a motion compensator.

본 개시에 따르면, 일 실시형태에서, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합을 생성하는 단계; 및 선형 결합 프레임을 출력하는 단계를 포함한다. 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함한다.In accordance with the present disclosure, in one embodiment, a method is provided for compensating for bias from image signal processing of raw video signals. The method includes generating a linear combination of more than two input frames; and outputting a linearly combined frame. More than two input frames include a raw signal frame, an output from image signal processing, and a previous output frame.

다른 실시형태에서, 선형 결합은 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 결합이다.In another embodiment, the linear combination is a convex combination of more than two input frames.

또 다른 실시형태에서, 방법은 이미지 신호 프로세서의 출력 및 이전 출력 프레임에 기초하여 픽셀들의 각각의 블록에 대한 신호 변화 검출 분류자를 생성하는 단계; 신호 변화 검출 분류자 및 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자에 기초하여 현재 출력 프레임에 대한 신뢰도 표시자를 업데이트하는 단계; 및 현재 출력 프레임에 대해 업데이트된 신뢰도 표시자에 기초하여 콘벡스 결합의 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계를 더 포함한다.In another embodiment, a method includes generating a signal change detection classifier for each block of pixels based on an output of the image signal processor and a previous output frame; updating the confidence indicator for the current output frame based on the signal change detection classifier and the previous confidence indicator for the previous output frame; and calculating a weight for each input frame of the convex combination based on the updated confidence indicator for the current output frame.

추가 실시형태에서, 콘벡스 결합의 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계는, 현재 출력 프레임의 신뢰도 표시자에 기초하여 필터링되지 않은 원시 입력 프레임에 대한 가중치와 이미지 신호 프로세싱의 출력에 대한 가중치 사이의 비율에 대한 감소 함수를 제공하는 단계를 더 포함한다.In a further embodiment, calculating a weight for each input frame of the convex combination comprises: a weight for the unfiltered raw input frame and a weight for the output of image signal processing based on a confidence indicator of the current output frame and providing a decreasing function for the ratio between

다른 실시형태에 따르면, 감소 함수는 단조 감소 함수이다.According to another embodiment, the decreasing function is a monotonic decreasing function.

또 다른 실시형태에서, 콘벡스 결합의 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계는, 현재 출력 프레임의 신뢰도 표시자에 기초하여 이전 출력 프레임에 대한 가중치에 대한 증가 함수를 제공하는 단계를 더 포함한다.In yet another embodiment, calculating a weight for each input frame of the convex combination further comprises providing an incrementing function for the weight for a previous output frame based on a confidence indicator of the current output frame. do.

추가 실시형태에서, 신뢰도 표시자는 0 과 1 사이의 범위를 갖는 수치 번호이다.In a further embodiment, the confidence indicator is a numeric number having a range between 0 and 1.

다른 실시형태에 따르면, 방법은 이전 출력 프레임 및 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시킴으로써 모션-보상된 출력을 생성하는 단계를 더 포함한다. 콘벡스 결합은 원시 신호 프레임, 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력 및 모션-보상된 출력의 콘벡스 결합이다. According to another embodiment, the method further comprises generating a motion-compensated output by reducing motion based on a previous output frame and output from image signal processing. Convex combining is a convex combining of a raw signal frame, an output from image signal processing, and a motion-compensated output.

또 다른 실시형태에 따라, 원시 비디오 신호들은 (i) 공간적으로 인터리빙된 장기 및 단기 노출 시간 픽셀들, (ii) 공간적으로 인터리빙된 상이한 컬러 픽셀들을 갖는 컬러 모자이크, (iii) 디모자이킹된 프레임들, 및 (iv) 공간적으로 필터링되지 않고 디모자이킹되지 않은 프레임들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 이미지 신호 프로세싱은 (i) 공간 HDR 보간, 디모자이킹, 및 공간 노이즈 감소 필터링, (ii) 디모자이킹 및 공간 노이즈 감소 필터링, 및 (iii) 공간 노이즈 감소 필터링으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.According to another embodiment, the raw video signals contain (i) spatially interleaved long and short exposure time pixels, (ii) color mosaic with spatially interleaved different color pixels, (iii) demosaiced frames. , and (iv) frames that are not spatially filtered and have not been demosaiced. The image signal processing is selected from the group consisting of (i) spatial HDR interpolation, demosaicing, and spatial noise reduction filtering, (ii) demosaicing and spatial noise reduction filtering, and (iii) spatial noise reduction filtering.

추가 실시형태에서, 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 이전 출력 프레임, 및 공간 HDR 보간, 디모자이킹, 및 공간 노이즈 감소 필터링으로 이루어진 그룹으로부터의 출력을 포함한다.In a further embodiment, the more than two input frames include a raw signal frame, a previous output frame, and output from the group consisting of spatial HDR interpolation, demosaicing, and spatial noise reduction filtering.

다른 실시형태에서, 방법은 이전 출력 프레임 및 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시킴으로써 모션-보상된 출력을 생성하는 단계를 더 포함한다. 콘벡스 결합은 원시 신호 프레임, 모션-보상된 출력, 및 공간 HDR 보간, 디모자이킹, 및 공간 노이즈 감소 필터링으로 이루어진 그룹으로부터의 출력의 콘벡스 결합이다.In another embodiment, the method further comprises generating a motion-compensated output by reducing motion based on a previous output frame and output from image signal processing. Convex combining is a convex combining of a raw signal frame, a motion-compensated output, and an output from the group consisting of spatial HDR interpolation, demosaicing, and spatial noise reduction filtering.

또 다른 실시형태에 따르면, 방법은 이전 출력 프레임 및 상기 이미지 신호 프로세싱의 출력에 기초하여 신호 변화 검출 분류자를 생성하는 단계; 이웃하는 픽셀들의 신뢰도 표시자들 및 신호 변화 검출 분류자에 기초하여 각각의 픽셀에 대한 현재 신뢰도 표시자를 결정하는 단계; 및 현재 신뢰도 표시자에 기초하여 콘벡스 결합에 대해 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계를 더 포함한다.According to another embodiment, a method includes generating a signal change detection classifier based on a previous output frame and an output of the image signal processing; determining a current confidence indicator for each pixel based on the signal change detection classifier and confidence indicators of neighboring pixels; and calculating a weight for each input frame for the convex combination based on the current confidence indicator.

도 1 은 본 개시의 일 실시형태에 따른 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템을 도시한다.
도 2 는 다른 실시형태에 따른 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템을 도시한다.
도 3 은 다른 실시형태에 따른 바이어스-보상 시공간 노이즈 감소 시스템을 도시한다.
도 4 는 다른 실시형태에 따른 바이어스-보상 시공간 및 디베이어 (디모자이킹) 노이즈 감소 시스템을 도시한다.
도 5 는 일 실시형태에 따른 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템의 신뢰도 업데이터를 도시한다.
도 6 은 일 실시형태에 따른 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템의 가중치 계산기에 의해 계산된 콘벡스 결합의 각각의 입력의 콘벡스 결합 가중치를 나타낸다.
1 illustrates a bias-compensated noise reduction system in accordance with an embodiment of the present disclosure;
2 illustrates a bias-compensated noise reduction system according to another embodiment.
3 illustrates a bias-compensated spatiotemporal noise reduction system according to another embodiment.
4 illustrates a bias-compensated space-time and debayer (demosaic) noise reduction system according to another embodiment.
5 illustrates a reliability updater of a bias-compensated noise reduction system according to an embodiment.
6 shows the convex coupling weight of each input of the convex coupling calculated by the weight calculator of the bias-compensated noise reduction system according to an embodiment.

다양한 실시형태들의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF VARIOUS EMBODIMENTS

시스템 및 방법론 개관 System and Methodology Overview

본 개시의 다양한 실시형태들에 따른 방법들 및 시스템들은 재귀적 시간 노이즈 필터의 부분으로서 다중 입력 프레임들 또는 픽셀들의 블록들의 가중된 결합을 채용하여, ISP, 예컨대 공간 노이즈 필터, 디모자이킹 유닛, HDR 보간 유닛으로부터의 바이어스를 감소시킴으로써 개선된 노이즈 감소 솔루션을 제공한다. 본 개시의 다양한 실시형태들에서의 바이어스-보상 및 노이즈 감소 시스템은, 노출 모자이크 보간, 컬러 디모자이크 보간, 또는 공간 노이즈 감소 필터링의 ISP 단계에서 도입된 바이어스들을 감소시키도록 설계된다.Methods and systems in accordance with various embodiments of the present disclosure employ a weighted combination of multiple input frames or blocks of pixels as part of a recursive temporal noise filter, such as an ISP, such as a spatial noise filter, demosaicing unit, It provides an improved noise reduction solution by reducing the bias from the HDR interpolation unit. The bias-compensation and noise reduction system in various embodiments of the present disclosure is designed to reduce biases introduced in the ISP stage of exposure mosaic interpolation, color demosaicing interpolation, or spatial noise reduction filtering.

일 실시형태에서, 도 3 을 참조하면, 예를 들어 공간 노이즈 감소 필터는 낮은 복잡도 시간 노이즈 필터와 결합되는 ISP 이다. 결과의 시공간 필터는 공간 노이즈 필터로부터의 바이어스를 감소시키고, 동시에 시간 필터링의 단점을 감소시킨다. 일부 실시형태들에 따르면, 공간 노이즈 감소 필터는 하드웨어 또는 펌웨어에 제공되고, 시간 노이즈 감소 필터는 소프트웨어에서 커스터마이즈되고 구현된다. 본 개시의 커스터마이즈된 시간 필터는 소정의 실시형태들에서 기존의 공간 필터와 결합되어, 기존 장비에 대한 확장을 형성함으로써 개선된 노이즈 감소 솔루션을 제공할 수도 있다.In one embodiment, referring to FIG. 3 , for example, the spatial noise reduction filter is an ISP combined with a low complexity temporal noise filter. The resulting spatiotemporal filter reduces the bias from the spatial noise filter and at the same time reduces the disadvantages of temporal filtering. According to some embodiments, the spatial noise reduction filter is provided in hardware or firmware, and the temporal noise reduction filter is customized and implemented in software. The customized temporal filter of the present disclosure may be combined with an existing spatial filter in certain embodiments to provide an improved noise reduction solution by forming an extension to existing equipment.

원시 입력 데이터가 공간적으로 인터리빙된 장기 및 단기 노출 시간 픽셀들 또는 공간적으로 인터리빙된 상이한 컬러 픽셀들을 갖는 컬러 모자이크를 포함하는 다른 실시형태들에서, 디모자킹 유닛 또는 디베이어 유닛은 시간 노이즈 필터와 결합되는 ISP 이다. 결과의 바이어스-보상 필터는 디모자이킹으로부터의 바이어스 또는 아티팩트들을 감소시키고 이미지 또는 비디오 출력 프레임들에서 더 높은 충실도를 달성한다. 추가 실시형태들에서, 공간 노이즈 필터들을 포함하는 추가 ISP들이 디모자이킹 유닛 및 재귀적 시간 필터와 함께 시스템에서 결합된다. 도 4 를 참조한다. 결과의 바이어스-보상 필터는 공간 노이즈 필터 및 디베이어 유닛으로부터의 바이어스 또는 아티팩트들을 감소시키고 출력 프레임들에서 개선된 충실도를 달성한다.In other embodiments where the raw input data includes a color mosaic with spatially interleaved long and short exposure time pixels or spatially interleaved different color pixels, the demosaicing unit or debayer unit is combined with a temporal noise filter It is an ISP that becomes The resulting bias-compensation filter reduces bias or artifacts from demosaicing and achieves higher fidelity in image or video output frames. In further embodiments, additional ISPs including spatial noise filters are combined in the system with a demosaicing unit and a recursive temporal filter. See FIG. 4 . The resulting bias-compensation filter reduces bias or artifacts from the spatial noise filter and Debayer unit and achieves improved fidelity in output frames.

신호 결합기 및 신뢰도 표시자 Signal combiners and reliability indicators

도 1 을 참조하면, 일 실시형태에 따른 신호 결합기는 본 개시의 재귀적 시간 필터의 중심 부분이다. 신호 결합기는 필터링되지 않은 입력 프레임, ISP-필터링된 입력 프레임, 및 이전의 출력 프레임을 포함한, 적어도 2 개의 입력 프레임들의 일 실시형태에서 선형 결합을 제공한다. 다른 실시형태에서, 신호 결합기는 필터링되지 않은 입력 프레임, ISP-필터링된 입력 프레임, 및 이전의 출력 프레임을 포함한, 적어도 2 개의 입력 프레임들의 콘벡스 결합을 제공한다. 다양한 실시형태들에 따른 콘벡스 결합은 픽셀들의 블록 마다 또는 픽셀들 마다 만들어진다. 신뢰도 표시자는 픽셀 마다 또는 픽셀들의 블록 마다 각각의 콘벡스 결합과 연관된다. 업데이트된 신뢰도 표시자에 기초한 콘벡스 결합은 새로운 출력 프레임을 결정한다.1 , a signal combiner according to an embodiment is a central part of the recursive temporal filter of the present disclosure. The signal combiner provides a linear combination in one embodiment of at least two input frames, including an unfiltered input frame, an ISP-filtered input frame, and a previous output frame. In another embodiment, the signal combiner provides a convex combining of at least two input frames, including an unfiltered input frame, an ISP-filtered input frame, and a previous output frame. A convex combination according to various embodiments is made per block of pixels or per pixel. A confidence indicator is associated with each convex combination per pixel or per block of pixels. A convex combination based on the updated confidence indicator determines a new output frame.

일 실시형태에 따르면, 각각의 입력 프레임에 있어서 모든 입력 프레임 또는 픽셀들의 블록들에 대해 신뢰도 표시자가 할당된다. 다양한 실시형태들에서 신뢰도 표시자는 일반적으로 이전 출력 프레임이 현재 입력 프레임의 양호한 표현인 정도를 나타낸다. 일 실시형태에 따라, 이것은 예컨대 0 부터 1 까지의 미리 결정된 범위를 갖는 수치 번호로서 정의된다. 신뢰도 표시자는 픽셀 값들과 함께 프레임 버퍼에 저장된다. 이것은 신뢰도 업데이트 함수에 기초하여 신뢰도 업데이터에 의해 계산된다.According to one embodiment, for each input frame a confidence indicator is assigned for every input frame or blocks of pixels. In various embodiments the confidence indicator generally indicates the degree to which the previous output frame is a good representation of the current input frame. According to one embodiment, it is defined as a numerical number having a predetermined range, for example from 0 to 1. The confidence indicator is stored in the frame buffer along with the pixel values. It is calculated by the confidence updater based on the confidence update function.

도 5 를 참조하면, 신뢰도 업데이트 함수는 픽셀들의 각각의 블록에 대해 도출된 신호 변화 분류자 ("참" 또는 "거짓") 및 이전 출력 프레임의 신뢰도 표시자 (C(n-1)) 에 기초하여 현재 프레임 또는 픽셀들의 현재 블록의 충실도 표시자 (C(n)) 를 계산한다.Referring to FIG. 5 , the confidence update function is based on the signal change classifier (“true” or “false”) derived for each block of pixels and the confidence indicator of the previous output frame (C(n−1)) to compute the fidelity indicator (C(n)) of the current frame or current block of pixels.

일 실시형태에서, 업데이트된 신뢰도 표시자는 이전 프레임 또는 픽셀들의 블록에 대한 이전 신뢰도 표시자 플러스 정적인 것으로 분류된 픽셀들 또는 펙셀들의 블록들의 포지티브 증분이도록 정의된다. 그리고, 변화하는 것으로 분류된 픽셀들 또는 픽셀들의 블록들에 대해, 일부 실시형태들에서는, 업데이트된 신뢰도 표시자가 0 과 같은, 시스템에 대해 가능한 최저 값이도록 정의된다. 일 실시형태에 따라, 소정의 실시형태들에 따른 증분은 이전 신뢰도 표시자에 의존하지만, 업데이트된 신뢰도 표시자는 0 과 1 사이와 같은, 미리 결정된 범위 내에 있도록 제약된다. 도 5 를 참조한다.In one embodiment, the updated confidence indicator is defined to be a positive increment of the previous confidence indicator for the previous frame or block of pixels plus the positive increment of the pixels or blocks of pixels classified as static. And, for a pixel or blocks of pixels classified as changing, the updated confidence indicator is defined to be the lowest possible value for the system, such as zero, in some embodiments. According to one embodiment, the increment according to certain embodiments depends on the previous confidence indicator, but the updated confidence indicator is constrained to be within a predetermined range, such as between 0 and 1. See FIG. 5 .

도 1 을 참조하면, 신뢰도 표시자가 계산되는 신호 변화 분류자는, 이미지 신호 프로세서 (ISP) 스테이지에 연결된 신호 변화 검출기에 의해 결정된다. 특정 실시형태에 따른 ISP 스테이지는 공간 노이즈 감소 필터를 포함하고, 신호 변화 검출기는 공간 필터의 출력 및 이전 출력 프레임으로부터의 데이터에 기초하여 관련된 픽셀들의 블록들에서의 위치 변화들을 검출한다.1 , the signal change classifier for which the reliability indicator is calculated is determined by a signal change detector coupled to an image signal processor (ISP) stage. An ISP stage according to a particular embodiment includes a spatial noise reduction filter, wherein the signal change detector detects position changes in blocks of related pixels based on an output of the spatial filter and data from a previous output frame.

콘벡스Convex 결합 가중치들 joint weights

도 1 을 참조하면, 가중치 계산기는 각각의 입력 프레임들 또는 픽셀들의 블록에 대한 콘벡스 결합 가중치를 계산하는데 있어서 신뢰도 업데이터로부터 입력을 취한다. 일 실시형태에 따르면, 필터링되지 않은 원시 입력은 신뢰도 표시자가 증가함에 따라 ISP-필터링된 입력 또는 공간적으로 필터링된 입력 (여기서 ISP 는 공간 노이즈 감소 필터임) 보다 더 가중된다. 따라서, 공간 필터의 바이어스는 프로세스에서 더 많은 프레임들이 평균화됨에 따라 감소된다. 다른 한편으로, 이전 출력 프레임에 대한 신뢰도 표시자가 낮을 때, 공간적으로 필터링된 입력이 더 가중됨으로써, 출력의 노이즈 변동을 감소시킨다.Referring to FIG. 1 , a weight calculator takes input from the reliability updater in calculating a convex joint weight for each input frame or block of pixels. According to one embodiment, the raw unfiltered input is weighted more than the ISP-filtered input or the spatially filtered input, where ISP is the spatial noise reduction filter, as the confidence indicator increases. Thus, the bias of the spatial filter is reduced as more frames are averaged out in the process. On the other hand, when the confidence indicator for the previous output frame is low, the spatially filtered input is weighted more, thereby reducing noise fluctuations in the output.

따라서, 소정의 실시형태들에서, ISP-필터링된 입력 프레임에 대한 가중치와 필터링되지 않은 원시 입력 프레임에 대한 가중치 사이의 비율은 신뢰도 표시자의 단조 감소 함수이다. 또한, 이전 출력 프레임에 대한 가중치는 신뢰도 표시자의 증가 함수이다. 이러한 이전 출력 프레임에 대한 가중치는, 소정의 실시형태들에 따라, 신뢰도 표시자가 0 일 때 0 또는 거의 0 이고, 신뢰도 표시자가 1 일 때 1 에 가깝다.Thus, in certain embodiments, the ratio between the weight for the ISP-filtered input frame and the weight for the unfiltered raw input frame is a monotonic decreasing function of the reliability indicator. Also, the weight for the previous output frame is an increasing function of the confidence indicator. The weight for this previous output frame is zero or near zero when the confidence indicator is zero and close to one when the confidence indicator is one, according to certain embodiments.

도 6 을 참조하면, 일 실시형태에 따른 콘벡스 결합 가중치들은 신뢰도 표시자에 기초하여 다음 공식에 의해 도출된다: 감마 = c, 베타 = (1.0-c)*(1.0-c), 알파 = (1.0-c)*c, 여기서 c 는 신뢰도 표시자를 지칭하고, 알파는 필터링되지 않은 원시 입력에 대한 가중치를 지칭하고, 베타는 ISP-필터링된 입력 또는 공간적으로 필터링된 입력의 가중치를 지칭하고, ISP 는 공간 필터이며, 감마는 이전 출력 프레임에 대한 가중치를 지칭한다. 이러한 실시형태에서, 알파, 베타 및 감마의 총합은 1 이고, 신뢰도 표시자는 0 과 1 사이의 값을 갖는다. 이에 따라, 이 실시형태에서 알파 및 베타가 이전 프레임에 대한 신뢰도 표시자의 함수로서 변화하는 방식에 따르면, 베타 (ISP 또는 공간 필터링된 프레임에 대한 가중치) 는 프로세싱의 시작에서 높으므로, 참 픽셀 값으로의 수렴이 더 빨리 발생하는 한편, 알파 (필터링되지 않은 원시 입력에 대한 가중치) 는 ISP 또는 ISP 가 공간 필터인 공간 필터로부터의 바이어스를 감소시키기 위해 점차적으로 증가한다.6 , the convex joint weights according to one embodiment are derived by the following formula based on the confidence indicator: gamma = c, beta = (1.0-c)*(1.0-c), alpha = ( 1.0-c)*c, where c refers to the confidence indicator, alpha refers to the weight for the raw unfiltered input, beta refers to the weight of the ISP-filtered input or the spatially filtered input, and is a spatial filter, and gamma refers to the weight for the previous output frame. In this embodiment, the sum of alpha, beta and gamma is 1, and the confidence indicator has a value between 0 and 1. Thus, according to the manner in which alpha and beta change as a function of the confidence indicator for the previous frame in this embodiment, beta (weight for ISP or spatially filtered frame) is high at the start of processing, and therefore While the convergence of H occurs faster, alpha (weight for the unfiltered raw input) increases gradually to reduce the bias from the ISP or spatial filter where ISP is a spatial filter.

대안의 실시형태들에서, 결합 출력 프레임에서의 각각의 입력 프레임들 또는 픽셀들의 블록에 대한 가중치들을 도출하기 위해 구간 선형 근사화 (piecewise linear approximations) 가 채택될 수도 있다. 결합 출력 프레임은 대안의 실시형태들에서 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합 또는 콘벡스 결합에 기초한다. In alternative embodiments, piecewise linear approximations may be employed to derive weights for each input frame or block of pixels in the combined output frame. The combined output frame is based on a linear or convex combination of more than two input frames in alternative embodiments.

신호 변화 검출기 signal change detector

위에 논의된 바와 같이, 신뢰도 업데이터는 소정의 실시형태들에서 신호 변화 검출기에 의해 생성된 변화 검출 분류자에 기초하여 각각의 입력 프레임 또는 각각의 픽셀 블록에 대한 신뢰도 표시자를 업데이트한다. 예를 들어, 도 1, 도 2 및 도 5 를 참조한다. 신호 변화 검출기는 이전 출력 프레임과 함께 ISP-필터링된 신호 (또는 ISP 가 공간 필터인 공간 필터링된 신호) 를 입력들로 취하고, 스테이터스를 "정적" 또는 "변화" 를 표시하는 픽셀 또는 픽셀의 블록마다 이진 변화 검출 분류자 ("참" 또는 "거짓") 를 출력한다. 예를 들어, 기본 실시형태에서, 2 개의 입력들 사이의 차이가 평가되고, "변화" 의 분류에 대해 임계가 결정된다. 임계 위의 2 개의 입력들 사이의 차이는 "변화" 를 표시하는 것으로 신호 변화 분류자에서 판독하는 "참", 그렇지 않으면 "정적" 을 표시하는 것으로 신호 변화 분류자에서 판독하는 "거짓" 을 유도한다.As discussed above, the confidence updater updates the confidence indicator for each input frame or each block of pixels based on the change detection classifier generated by the signal change detector in certain embodiments. See, for example, FIGS. 1 , 2 and 5 . The signal change detector takes as inputs an ISP-filtered signal (or a spatially filtered signal where the ISP is a spatial filter) along with the previous output frame, and sets the status for each pixel or block of pixels that indicate "static" or "change". Outputs a binary change detection classifier (“true” or “false”). For example, in a basic embodiment, the difference between the two inputs is evaluated and a threshold is determined for the classification of “change”. The difference between the two inputs above the threshold leads to a "true" reading by the signal change classifier indicating "change", otherwise "false" reading by the signal change classifier as indicating "static" do.

다른 실시형태들에 따르면, 신호 변화 검출기는 시스템에 대한 신호 변화의 분류를 개선하기 위해 이전 및 현재 입력 프레임에서의 픽셀들의 공간 이웃을 입력들로 취한다. 추가 실시형태들에서, 신호 변화 분류기는 픽셀들을 정적 또는 변화로 분류하기 위해 배경 및 전경 추정 알고리즘을 채택한다.According to other embodiments, the signal change detector takes as inputs the spatial neighbors of pixels in previous and current input frames to improve classification of signal changes for the system. In further embodiments, the signal change classifier employs a background and foreground estimation algorithm to classify pixels as static or changing.

따라서, 다양한 실시형태들에 따른 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템은, 한편으로는 변화의 분류를 위한 신호 변화 검출기로의 입력들이 콘벡스 결합을 위한 신호 결합기로의 입력들로부터 디커플링되어 다른 한편으로 새로운 출력 프레임을 형성하는 유연성을 제공한다. 신호 검출 분류자를 결정하기 위한 입력들은 분류 성능을 최대화하기 위해 다양한 실시형태들에서 선택되는 한편, 콘벡스 결합으로의 입력들은 시스템에 의해 채용되는 공간 필터들 및 디베이어 유닛들과 같은 ISP들의 시각적 저하들 및 바이어스들을 효과적으로 감소시키도록 선택된다.Thus, a bias-compensated noise reduction system according to various embodiments can be configured such that, on the one hand, inputs to a signal change detector for classification of changes are decoupled from inputs to a signal combiner for convex combining, on the other hand, a new output Provides the flexibility to form a frame. The inputs for determining the signal detection classifier are selected in various embodiments to maximize classification performance, while the inputs to the convex combination are the spatial filters employed by the system and the visual degradation of ISPs such as Debayer units. are selected to effectively reduce s and biases.

모션motion 보상기compensator

도 2 를 참조하면, 다른 실시형태에서의 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템은 모션 보상기를 더 포함한다. 모션 보상기는 모션 추정 기법들을 채용하여 이전 출력 프레임을 수정하고, 이전 출력 프레임과 현재 입력 프레임 사이의 모션을 보상한다. 모션이 추정되고 보상됨에 따라, 이 실시형태에 따른 바이어스-보상 노이즈 감소 시스템은 시간 차원에서 프레임들을 결합하기 위한 우수한 기회들을 가능하게 한다. 콘벡스 결합에 대해, 이 실시형태에 따라 모션 보상된 비디오 프레임은 이전의 출력 프레임 대신에 입력 프레임으로서 취해진다.2 , the bias-compensated noise reduction system in another embodiment further includes a motion compensator. The motion compensator employs motion estimation techniques to modify the previous output frame and compensate for motion between the previous output frame and the current input frame. As motion is estimated and compensated, the bias-compensated noise reduction system according to this embodiment enables excellent opportunities for combining frames in the time dimension. For convex combining, a motion compensated video frame according to this embodiment is taken as an input frame instead of a previous output frame.

도 3 은 모션 검출 및 보상이 구현되는 바이어스-보상 시공간 노이즈 감소 시스템의 다른 예를 제공한다. 이 실시형태에서, 콘벡스 결합은 모션 보상기로부터의 출력, 공간-필터링된 입력 프레임, 및 필터링되지 않은 입력 프레임에 기초한다.3 provides another example of a bias-compensated spatiotemporal noise reduction system in which motion detection and compensation is implemented. In this embodiment, the convex combining is based on the output from the motion compensator, the spatial-filtered input frame, and the unfiltered input frame.

도 4 는 모션 검출 및 보상이 구현되는 바이어스-보상 시공간 및 디베이어 노이즈 감소 시스템의 추가 예를 제공한다. 이 실시형태에서, 콘벡스 결합은 모션 보상기로부터의 출력, 공간-필터링된 입력 프레임, 디베이어링된 프레임, 및 원시 베이어 입력 프레임에 기초한다.4 provides a further example of a bias-compensated space-time and DeBayer noise reduction system in which motion detection and compensation are implemented. In this embodiment, the convex combining is based on the output from the motion compensator, the spatial-filtered input frame, the debayered frame, and the raw Bayer input frame.

ISP ISP 스테이지stage 및 대응 바이어스 감소 and reduced corresponding bias

위에 논의된 바와 같이, 본 개시의 시스템들 및 방법들은 ISP 스테이지로 또한 지칭되는, 원시 입력 데이터의 ISP-필터링 동안 ISP들 또는 ISP 컴포넌트들에 의해 도입된 바이어스들을 감소시킨다. 시스템으로의 원시 입력 데이터는 다양한 실시형태들에서 다양한 유형들이다. 다양한 실시형태들에서의 ISP 스테이지는 상이한 유틸리티들의 하나 이상의 ISP들을 채택하고 동작시킨다. 일 실시형태에서, ISP 스테이지는 노출 모자이크 보간을 포함한다. 다른 실시형태에서, ISP 스테이지는 컬러 디모자이크 보간을 포함한다. 추가 실시형태에서, ISP 스테이지는 공간 노이즈 감소 필터링을 포함한다.As discussed above, the systems and methods of this disclosure reduce biases introduced by ISPs or ISP components during ISP-filtering of raw input data, also referred to as the ISP stage. The raw input data to the system is of various types in various embodiments. The ISP stage in various embodiments employs and operates one or more ISPs of different utilities. In one embodiment, the ISP stage includes exposure mosaic interpolation. In another embodiment, the ISP stage includes color demosaicing interpolation. In a further embodiment, the ISP stage includes spatial noise reduction filtering.

예를 들어, 소정의 실시형태들에서, 장기 및 단기 노출의 블록 모자이크, 또는 상이한 노출을 갖는 인터리빙된 라인들은 기존의 센서들에 의해 생성된다. 일 실시형태에서 HDR 센싱은 ISP 스테이지에서 채택된다. 일 실시형태에 따라, 공간 인터리빙 및 공간 재구성이 HDR 보간에 수반되며, 이는 소정의 바이어스를 본질적으로 초래하기 때문에, 우수한 품질을 갖는 강화된 재구성이 이전의 출력 프레임, 원시 인터리빙된 노출 픽셀들 및 바이어싱된 공간 재구성을 포함하는 가중된 입력 프레임들에 기초하여 콘벡스 결합을 통해 제공된다.For example, in certain embodiments, a block mosaic of long and short exposures, or interleaved lines with different exposures, are generated by existing sensors. In one embodiment HDR sensing is employed at the ISP stage. According to one embodiment, since spatial interleaving and spatial reconstruction are involved in HDR interpolation, which inherently introduces some bias, an enhanced reconstruction with good quality is applied to the previous output frame, the raw interleaved exposed pixels and the bias. It is provided through convex combining based on weighted input frames containing the received spatial reconstruction.

따라서, 이 실시형태에서는, 원시 데이터가 노출 모자이크이고, ISP 필터링 스테이지는 공간 HDR 보간, 디 모자이킹, 및 공간 노이즈 필터링이다. 다른 실시형태에서, 원시 데이터가 컬러 모자이크이고, ISP 필터링 스테이지는 디모자이킹 및 공간 노이즈 필터링이다. 추가 실시형태에서, 원시 데이터는 디모자이킹된 프레임이고, ISP 필터링 스테이지는 공간 노이즈 필터링이다. 다양한 실시형태들에서의 콘벡스 결합은 시간 필터링된 데이터 (이전 출력 프레임 또는 모션-보상된 출력), 원시 데이터 및 ISP 필터링된 데이터를 포함하는 가중된 입력 프레임들을 결합함으로써 이루어진다.Thus, in this embodiment, the raw data is exposure mosaic, and the ISP filtering stages are spatial HDR interpolation, demosaicing, and spatial noise filtering. In another embodiment, the raw data is color mosaic, and the ISP filtering stage is demosaicing and spatial noise filtering. In a further embodiment, the raw data is demosaiced frames and the ISP filtering stage is spatial noise filtering. Convex combining in various embodiments is achieved by combining weighted input frames comprising temporal filtered data (previous output frame or motion-compensated output), raw data, and ISP filtered data.

다양한 도면들 및 예들을 포함하여 본 개시에 제공된 다양한 실시형태들의 설명들은 발명 및 그 다양한 실시형태들을 예시하는 것이고 제한하는 것은 아니다.The descriptions of the various embodiments provided in this disclosure, including various drawings and examples, are illustrative of the invention and its various embodiments and are not limiting.

Claims (30)

원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 노이즈 감소 시스템으로서,
각각의 원시 비디오 프레임에서 이웃하는 픽셀들에 기초하여 각각의 픽셀을 출력하도록 적응된 공간 노이즈 감소 필터를 포함하는 이미지 신호 프로세서;
상기 이미지 신호 프로세서의 출력 및 이전 출력 프레임을 수신함으로써 각각의 픽셀에서 임의의 신호 변화들을 검출하도록 적응된 신호 변화 검출기;
2 개 보다 많은 입력 프레임들을 결합하고 결합 출력 프레임을 생성함으로써 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 바이어스를 보상하도록 적응된 신호 결합기로서, 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함하는, 상기 신호 결합기를 포함하는, 노이즈 감소 시스템.
A noise reduction system for compensating for bias from image signal processing of raw video signals, comprising:
an image signal processor comprising a spatial noise reduction filter adapted to output each pixel based on neighboring pixels in each raw video frame;
a signal change detector adapted to detect any signal changes in each pixel by receiving an output of the image signal processor and a previous output frame;
a signal combiner adapted to compensate for bias from the image signal processor by combining more than two input frames and generating a combined output frame, wherein the more than two input frames are a raw signal frame, an output from the image signal processor and the signal combiner including a previous output frame.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 결합기는 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합을 출력하도록 적응되는, 노이즈 감소 시스템.
The method of claim 1,
and the signal combiner is adapted to output a linear combination of the more than two input frames.
제 2 항에 있어서,
상기 신호 결합기는 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 (convex) 결합을 출력하도록 적응되는, 노이즈 감소 시스템.
3. The method of claim 2,
and the signal combiner is adapted to output a convex combination of the more than two input frames.
제 3 항에 있어서,
상기 신호 변화 검출기로부터 수신된 임의의 신호 변화들의 검출에 기초하여 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자를 업데이트함으로써 현재 신뢰도 표시자를 결정하도록 적응된 신뢰도 업데이터를 더 포함하고, 콘벡스 결합 가중치가 상기 현재 신뢰도 표시자에 기초하여 상기 콘벡스 결합의 각각의 입력에 대해 계산되는, 노이즈 감소 시스템.
4. The method of claim 3,
and a confidence updater adapted to determine a current confidence indicator by updating a previous confidence indicator for a previous output frame based on detection of any signal changes received from the signal change detector, wherein a convex combining weight is the current reliability indicator. calculated for each input of the convex combination based on an indicator.
제 4 항에 있어서,
상기 이전 신뢰도 표시자는 상기 원시 비디오 신호들로부터의 제 1 출력 프레임에 대해 0 으로 할당되는, 노이즈 감소 시스템.
5. The method of claim 4,
and the previous confidence indicator is assigned zero for a first output frame from the raw video signals.
제 4 항에 있어서,
상기 이전 출력 프레임 및 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시키도록 적응된 모션 보상기를 더 포함하고, 상기 신호 결합기의 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 상기 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 상기 모션 보상기로부터의 출력을 포함하는, 노이즈 감소 시스템.
5. The method of claim 4,
and a motion compensator adapted to reduce motion based on the previous output frame and an output from the image signal processor, wherein the more than two input frames of the signal combiner include the raw signal frame, the image signal processor and an output from the motion compensator.
제 1 항에 있어서,
상기 원시 비디오 신호들은 공간적으로 인터리빙된 장기 및 단기 노출 시간 픽셀들을 갖는 노출 모자이크를 포함하고, 상기 이미지 신호 프로세서는 공간 HDR 보간 유닛 및 디모자이킹 유닛을 더 포함하며, 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 상기 공간 HDR 보간 유닛으로부터의 출력, 상기 디모자이킹 유닛으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함하는, 노이즈 감소 시스템.
The method of claim 1,
wherein the raw video signals comprise an exposure mosaic having spatially interleaved long and short exposure time pixels, the image signal processor further comprising a spatial HDR interpolation unit and a demosaicing unit, wherein the more than two input frames are a raw signal frame, an output from the spatial HDR interpolation unit, an output from the demosaicing unit, and a previous output frame.
제 7 항에 있어서,
상기 신호 결합기는 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합을 출력하도록 적응되는, 노이즈 감소 시스템.
8. The method of claim 7,
and the signal combiner is adapted to output a linear combination of the more than two input frames.
제 8 항에 있어서,
상기 신호 결합기는 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 결합을 출력하도록 적응되는, 노이즈 감소 시스템.
9. The method of claim 8,
and the signal combiner is adapted to output a convex combination of the more than two input frames.
제 9 항에 있어서,
상기 신호 변화 검출기로부터 수신된 임의의 신호 변화들의 검출에 기초하여 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자를 업데이트함으로써 현재 신뢰도 표시자를 결정하도록 적응된 신뢰도 업데이터를 더 포함하고, 콘벡스 결합 가중치가 상기 현재 신뢰도 표시자에 기초하여 상기 콘벡스 결합의 각각의 입력에 대해 계산되는, 노이즈 감소 시스템.
10. The method of claim 9,
and a confidence updater adapted to determine a current confidence indicator by updating a previous confidence indicator for a previous output frame based on detection of any signal changes received from the signal change detector, wherein a convex combining weight is the current reliability indicator. calculated for each input of the convex combination based on an indicator.
제 10 항에 있어서,
상기 이전 출력 프레임 및 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시키도록 적응된 모션 보상기를 더 포함하고, 상기 신호 결합기의 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 상기 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 상기 모션 보상기로부터의 출력을 포함하는, 노이즈 감소 시스템.
11. The method of claim 10,
and a motion compensator adapted to reduce motion based on the previous output frame and an output from the image signal processor, wherein the more than two input frames of the signal combiner include the raw signal frame, the image signal processor and an output from the motion compensator.
제 1 항에 있어서,
상기 원시 비디오 신호들은 공간적으로 인터리빙된 상이한 컬러 픽셀들을 갖는 컬러 모자이크를 포함하고, 상기 이미지 신호 프로세서는 디모자이킹 유닛을 더 포함하며, 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 상기 디모자이킹 유닛으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함하는, 노이즈 감소 시스템.
The method of claim 1,
wherein said raw video signals comprise a color mosaic having different color pixels spatially interleaved, said image signal processor further comprising a demosaicing unit, said more than two input frames comprising a raw signal frame, said demosaicing A noise reduction system comprising an output from the unit, and a previous output frame.
제 12 항에 있어서,
상기 신호 결합기는 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 선형 결합을 출력하도록 적응되는, 노이즈 감소 시스템.
13. The method of claim 12,
and the signal combiner is adapted to output a linear combination of the more than two input frames.
제 13 항에 있어서,
상기 신호 결합기는 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 결합을 출력하도록 적응되는, 노이즈 감소 시스템.
14. The method of claim 13,
and the signal combiner is adapted to output a convex combination of the more than two input frames.
제 14 항에 있어서,
상기 신호 변화 검출기로부터 수신된 임의의 신호 변화들의 검출에 기초하여 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자를 업데이트함으로써 현재 신뢰도 표시자를 결정하도록 적응된 신뢰도 업데이터를 더 포함하고, 콘벡스 결합 가중치가 상기 현재 신뢰도 표시자에 기초하여 상기 콘벡스 결합의 각각의 입력에 대해 계산되는, 노이즈 감소 시스템.
15. The method of claim 14,
and a confidence updater adapted to determine a current confidence indicator by updating a previous confidence indicator for a previous output frame based on detection of any signal changes received from the signal change detector, wherein a convex combining weight is the current reliability indicator. calculated for each input of the convex combination based on an indicator.
제 15 항에 있어서,
상기 이전 출력 프레임 및 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시키도록 적응된 모션 보상기를 더 포함하고, 상기 신호 결합기의 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 상기 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세서로부터의 출력, 및 상기 모션 보상기로부터의 출력을 포함하는, 노이즈 감소 시스템.
16. The method of claim 15,
and a motion compensator adapted to reduce motion based on the previous output frame and an output from the image signal processor, wherein the more than two input frames of the signal combiner are the raw signal frame, the image signal processor and an output from the motion compensator.
삭제delete 삭제delete 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법으로서,
2 개 보다 많은 입력 프레임들의 콘벡스 결합을 생성하는 단계로서, 상기 2 개 보다 많은 입력 프레임들은 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력, 및 이전 출력 프레임을 포함하는, 상기 콘벡스 결합을 생성하는 단계;
상기 이전 출력 프레임 및 상기 이미지 신호 프로세싱의 출력에 기초하여 픽셀들의 각각의 블록에 대한 신호 변화 검출 분류자를 생성하는 단계;
상기 이전 출력 프레임에 대한 이전 신뢰도 표시자 및 상기 신호 변화 검출 분류자에 기초하여 현재 출력 프레임에 대한 신뢰도 표시자를 업데이트하는 단계;
상기 현재 출력 프레임에 대한 업데이트된 상기 신뢰도 표시자에 기초하여 상기 콘벡스 결합의 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계; 및
상기 콘벡스 결합의 프레임을 출력하는 단계를 포함하는, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법.
A method for compensating for bias from image signal processing of raw video signals, comprising:
generating a convex combination of more than two input frames, wherein the more than two input frames include a raw signal frame, an output from the image signal processing, and a previous output frame. to do;
generating a signal change detection classifier for each block of pixels based on the previous output frame and the output of the image signal processing;
updating a confidence indicator for a current output frame based on a previous confidence indicator for the previous output frame and the signal change detection classifier;
calculating a weight for each input frame of the convex combination based on the updated confidence indicator for the current output frame; and
and outputting a frame of the convex combination.
삭제delete 삭제delete 제 19 항에 있어서,
상기 콘벡스 결합의 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계는, 상기 현재 출력 프레임의 신뢰도 표시자에 기초하여 필터링되지 않은 원시 입력 프레임에 대한 가중치와 상기 이미지 신호 프로세싱의 출력에 대한 가중치 사이의 비율에 대한 감소 함수를 제공하는 단계를 더 포함하는, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법.
20. The method of claim 19,
The step of calculating a weight for each input frame of the convex combination comprises: a weight value for an output of the image signal processing and a weight for an unfiltered raw input frame based on a confidence indicator of the current output frame. A method for compensating for bias from image signal processing of raw video signals, further comprising providing a reduction function for ratio.
제 22 항에 있어서,
상기 감소 함수는 단조 감소 함수인, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법.
23. The method of claim 22,
wherein the reduction function is a monotonic reduction function.
제 22 항에 있어서,
상기 콘벡스 결합의 각각의 입력 프레임에 대한 가중치를 계산하는 단계는, 상기 현재 출력 프레임의 신뢰도 표시자에 기초하여 상기 이전 출력 프레임에 대한 가중치에 대해 증가 함수를 제공하는 단계를 더 포함하는, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법.
23. The method of claim 22,
wherein calculating the weight for each input frame of the convex combination further comprises providing an increasing function for the weight for the previous output frame based on a confidence indicator of the current output frame. A method for compensating for bias from image signal processing of video signals.
제 22 항에 있어서,
상기 신뢰도 표시자는 0 과 1 사이의 범위를 갖는 수치 번호인, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법.
23. The method of claim 22,
wherein the confidence indicator is a numeric number having a range between 0 and 1.
제 22 항에 있어서,
상기 이전 출력 프레임 및 상기 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력에 기초하여 모션을 감소시킴으로써 모션-보상된 출력을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 콘벡스 결합은 상기 원시 신호 프레임, 상기 이미지 신호 프로세싱으로부터의 출력, 및 상기 모션-보상된 출력의 콘벡스 결합인, 원시 비디오 신호들의 이미지 신호 프로세싱으로부터의 바이어스를 보상하기 위한 방법.
23. The method of claim 22,
generating a motion-compensated output by reducing motion based on the previous output frame and output from the image signal processing, wherein the convex combining comprises the raw signal frame, the output from the image signal processing , and a convex combination of the motion-compensated output.
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